[发明专利]用于热处理的电力转换设备和电力转换方法

说明书

提供了用于热处理的电力转换设备和电力转换方法。该电力转换设备包括：整流器，该整流器被配置为将AC电力转换为DC电力；平滑滤波器，该平滑滤波器被配置为控制从整流器收到的DC电力使其恒定；逆变器，该逆变器被配置为通过使用由SiC半导体制成的开关装置接通和断开DC电力而将从平滑滤波器收到的DC电力转换为高频电力；和控制单元，该控制单元被配置为控制整流器和逆变器。根据从逆变器输出的高频电力、通电时间以及使用率而确定从逆变器输出的输出电力的额定值，通过将通电时间除以通电时间与非通电时间之和得到该使用率。

技术领域

本发明涉及用于热处理的电力转换设备和电力转换方法。

背景技术

电阻加热方法包括感应加热和直接电阻加热。在特别地是作为利用感应加热的一种热处理的硬化处理中，根据工件中的热处理深度选择适当的频率。

根据现有技术的用于热处理的电力转换设备，通过利用电力半导体器件进行开关以将DC电力转换为高频电力。近年来，由SiC(碳化硅)制成的SiC-MOSFET已经作为用于电力半导体的开关元件而受到关注。

当振荡频率从10kHz变为100kHz时，开关频率变为十倍。从而，电力半导体器件的温度上升大幅改变。即，当根据用于热处理的电力转换设备的操作范围中的最大频率确定该装置中的逆变器的容量(最大额定值)时，对于低输出频率来说温度上升较低，这是不经济的。温度上升根据每一次的通电时间以及根据操作频率而不同也是不经济的。

发明内容

本发明的示例性方面提供了能够与使用状况对应地使输出在额定值的范围内变化的用于热处理的经济的电力转换设备和经济的电力转换方法。

该电力转换设备包括：整流器，该整流器被配置为将AC电力转换为DC电力；平滑滤波器，该平滑滤波器被配置为控制从所述整流器收到的DC电力使其恒定；逆变器，该逆变器被配置为通过使用由SiC半导体制成的开关装置接通和断开DC电力，以将从所述平滑滤波器收到的DC电力转换为高频电力；和控制单元，该控制单元被配置为控制所述整流器和所述逆变器。根据从逆变器输出的高频电力、通电时间以及使用率而确定从逆变器输出的输出电力的额定值，通过将通电时间除以通电时间与非通电时间之和得到所述使用率。

所述控制单元可以具有如下数据：其限定所述开关装置的频率、所述通电时间、所述使用率以及在所述开关装置能够运行的温度下的输出电力之间的关系。当给定所述通电时间和所述使用率时，所述控制单元基于所述数据计算最大容许电流，并中止或控制所述输出电力。

所述电力转换方法包括：将AC电力转换为DC电力；通过使用由SiC半导体制成的开关装置接通和断开DC电力而将所述DC电力转换为高频电力；和根据所述高频电力的频率、通电时间和使用率增大最大输出电力，使得所述开关装置的接点温度不超过给定温度，通过将所述通电时间除以所述通电时间与非通电时间之和而得到所述使用率。

可以增大所述最大输出电力，直到所述开关装置的所述接点温度的上限达到所述开关装置的额定值的范围内的设计值，根据由于所述开关装置的损失引起的温度升高与由于所述开关装置的冷却引起的温度降低之差而得到所述接点温度。

可以基于所述开关装置的导通损失与所述开关装置的开关损失之和确定所述开关装置的所述损失。

对所述开关装置的通电时间可以短于或长于替换和设定热处理对象的时间。

根据本发明，根据频率、通电时间和使用率来限定额定值。从而，当将电力转换为低频率时，能够在开关装置的额定值的范围内增大输出。因此，能够提供经济的装置和经济的方法。

附图说明

图1是图示出根据本发明的实施例的电力转换设备的配置的图。

图2是图示出使用率(operation rate)的图。